第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺

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1、周敏中国矿业大学化工学院2008年4月煤炭焦化第二章配煤炼焦的原理与配煤工艺第一节煤在焦炉炭化室内的结焦过程第二节配合煤质量与备煤炼焦工艺条件第三节配煤原理与焦炭质量的预测第四节炼焦配煤工艺第一节煤在焦炉炭化室内的结焦过程一、炭化室内炉料的动态变化二、炼焦过程中化学产品的生成焦炉的炭化室是带锥度的窄长空间，煤料受两侧炉墙传递的热量加热，结焦过程从炭化室的两侧炉墙向炭化室中心逐渐推移，形成一个动态的过程，这种动态过程具有以下三个特点：1）侧向供热，成层结焦；2）结焦过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化；3）炭化室内物料产生膨胀压力。一、炭化室内炉料的动态变化1.成层结焦与温度变化

2、因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，因此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所谓的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低，因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。图2-1不同结焦时间下炭化室内各层炉料的温度与状态1-湿煤；2-干煤层；3-塑性层；4-半焦层

3、；5-焦炭层；6-炉墙；7-炭化室中心1.成层结焦与温度变化如图2-2所示，由于各层炉料距炉墙的距离不同，传热条件各不相同，最靠近炉墙的煤料升温速度最快，约5℃／min以上，而位于炭化室中心部位的炉料升温速度最慢，约2℃／min以下，这种温度变化的差别必然导致焦炭质量的差异。1.成层结焦与温度变化图2-2炭化室内各层炉料的温度变化1-炭化室墙表面温度；2-炭化室墙附近的炉料温度；3-距炉墙50～60mm处炉料温度1.成层结焦与温度变化常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在塑性层之间，这样湿煤层内的水汽不易透过塑性层向两层外流出，致使大部水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而冷凝下来

4、，这样内层湿煤水分增加，加之煤的导热系数小，使得炭化室内中心煤料升温速度缓慢，长时间停留在水的蒸发温度以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦的耗热量也就愈大。1.成层结焦与温度变化2、炭化室内膨胀压力炭化室内膨胀压力产生是因为成层结焦，两个大体上平行于两侧炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中心移动，炭化室底面温度和顶部温度也很高，在炭化室内煤料的上层和下层同样也形成塑性层，围绕中心煤料形成的塑性层如同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气体由于塑性层的不透气性使得膜袋产生膨胀的趋势，塑性层又通过外侧的半焦层和焦炭层将压力施加于炭化室的炉墙，这种压力称之为膨胀压力。膨胀压力的大小在结焦过程中是随时间

5、而变化，当两个塑性层面在炭化室中心处会合时，由于外侧焦炭和半焦层传热好、需热少，致使塑性层内的温度升高加快，气态产物迅速增加使得此时的膨胀压力值最大，通常的膨胀压力是指其最大值。3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系靠近炭化室墙面的焦炭，由于煤料的升温速度快，煤热分解产生的塑性体的流动性能好，塑性温度间隔宽，塑性体内煤热解产物之间相互作用改善，因而焦炭熔融良好，结构致密，质量优于内侧的焦炭，有关焦炭性质指标的变化参见图2-3。图2-3各层焦炭物理机械性能和反应性能焦炭的块度取决于焦炭的裂纹性质，并与炭化室内的温度梯度有直接的关系。焦炭中产生裂纹的数量，取决于半焦收缩阶段内第一次收缩峰区

6、间内半焦的收缩系数和温度梯度。如图2-4所示，挥发分高的煤料收缩系数大，塑性温度间隔窄，因而固化时半焦层较薄，半焦气孔率大，半焦层的强度低，这样，当相邻层炉料层的温度梯度不同产生收缩差时，拉应力超过半焦层的许可应力，则半焦层开裂，这种裂纹垂直于墙面，故气煤焦炭多呈细条状。对于肥煤等强粘结性煤，由于塑性温度间隔宽，半焦层厚且强度高，本层层内拉应力的破坏作用居次要地位，此时，相邻层之间因温度梯度差存在，产生的收缩导致层间发生开裂。这种焦饼中以平行于炭化室墙面的横裂纹居多。但是相比之下，强粘结煤的焦炭块度要大于气煤焦块度。3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系图2-4不同煤的半焦收缩曲线1-

7、第一收缩峰；2-第二收缩峰3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系从炭化室墙面到炭化室中心面处，温度梯度逐渐减小，因而靠墙面处的焦炭粒度相对小于中心处的焦炭粒度，这样就产生了相同的煤料在相同的炼焦条件下结焦，其焦炭质量由于上述原因，不同的块度具有不同的质量。3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系二、炼焦过程中化学产品的生成煤炭高温干馏得到的炼焦化学产品的组成与煤的性质和炼焦条件有关，煤热解生成的一次化学品还要受到焦炉内炼焦条件的影响，有关内容祥见